Bachelor's Thesis

Heat pump design for a family house

Final Thesis 1.74 MB Appendix 103.18 kB

Author of thesis: Jan Plzák

Acad. year: 2025/2026

Supervisor: Ing. Filip Toman, Ph.D.

Reviewer: Ing. Hana Lisá, Ph.D.

Abstract:

The objective of this bachelor’s thesis is to design and evaluate the effectiveness of installing a heat pump as the primary heat source for a selected single-family home. The thesis is divided into six main sections. The first section describes the characteristics of heat pumps and their components. The second section then focuses on the various types of heat pumps. The third section describes the building and determines the required heat source output. The fourth and fifth section contains a detailed design of the operating cycle using R290 refrigerant and its optimization. In the concluding section, which focuses on the economic evaluation, the proposed heat pump is compared with a gas condensing boiler

Keywords:

Heat pump, heat loss, refrigerant R290, SCOP, EU ETS 2

Date of defence

16.06.2026

Result of the defence

Defended (thesis was successfully defended)

znamkaBznamka

Grading

B

Process of defence

Student odprezentoval obsah své bakalářské práce. Otázky oponenta byly zodpovězeny. V průběhu obhajoby byly položeny tyto doplňující otázky: Uvažoval jste zateplení? Zodpovězeno. Co znamená emisní povolenka pro výpočet a jak se to projeví na návratnosti? Zodpovězeno. Jaká je životnost tepelného čerpadla? Zodpovězeno.

Language of thesis

Czech

Faculty

Department

Study programme

Energy (B-ENE-P)

Composition of Committee

prof. Ing. Jiří Pospíšil, Ph.D. (předseda)
Ing. Petr Kracík, Ph.D. (místopředseda)
Ing. Ladislav Šnajdárek, Ph.D. (člen)
Ing. Michal Špiláček, Ph.D. (člen)
Ing. Libor Kudela, Ph.D. (člen)

Supervisor’s report
Ing. Filip Toman, Ph.D.

Předložená bakalářská práce Jana Plzáka se věnuje komplexnímu návrhu a posouzení efektivnosti instalace tepelného čerpadla jako primárního zdroje tepla pro vybraný rodinný dům. Cílem práce bylo nejen teoreticky popsat a navrhnout parametry pracovního cyklu, ale také ekonomicky vyhodnotit investici v porovnání s vytápěním zemním plynem. Cíle zadání byly splněny v plném rozsahu.

V rešeršní části (kapitoly 1 a 2) autor přehledně rekapituluje termodynamické základy fungování tepelných čerpadel, popisuje jednotlivé komponenty oběhu a podává stručný přehled typů systémů podle zdroje nízkopotenciálního tepla. Teoretický úvod je logicky strukturován a prokazuje dobrou orientaci autora v problematice chladicích oběhů.

Praktický přínos práce začíná ve třetí kapitole, kde autor na základě reálných parametrů objektu v západních Čechách provedl detailní výpočet tepelné ztráty domu prostupem a větráním dle normy ČSN EN 12831-1. Celková vypočtená ztráta činí 13,7 kW při venkovní návrhové teplotě -15 °C, což student správně doplňuje o výkon potřebný pro ohřev teplé užitkové vody (2,2 kW) a stanovuje adekvátní návrhový výkon zdroje na 14 kW.

Oceňuji čtvrtou a pátou kapitolu, které se věnují samotnému matematickému modelování a optimalizaci pracovního cyklu s ekologickým přírodním chladivem R290 (propan). Student analyticky prokázal výhody elektronického expanzního ventilu (EEV) oproti termostatickému (TEV) a zdůvodnil nasazení moderní invertorové regulace výkonu oproti skokovému systému ON/OFF. Jako optimální variantu pro dům vybral konfiguraci s topnou patronou s výsledným sezónním topným faktorem SCOP = 3,6.

Dalším silným bodem práce je ekonomické zhodnocení (kapitola 6). Autor srovnává celkové kumulativní náklady v průběhu životnosti pro variantu s tepelným čerpadlem a s plynovým kondenzačním kotlem. Velmi cenné je zakomponování budoucího vlivu systému emisních povolenek EU ETS 2, který se má od roku 2027 dotknout sektoru budov. Výpočty jasně prokazují, že i přes vyšší počáteční investici je instalace tepelného čerpadla dlouhodobě ekonomicky výhodnější, přičemž zavedení ETS 2 tento rozdíl ještě prohloubí.

Formální úroveň práce je na dobré úrovni. Text je logicky členěn, psán kultivovaným technickým stylem a bez závažných gramatických chyb. Grafické výstupy, diagramy oběhu a tabulky (zejména přehled nákladů) jsou zpracovány čistě a přehledně. Práce s literaturou je korektní a odpovídá standardům vědeckého textu.

Bakalářská práce Jana Plzáka splňuje všechny požadavky kladené na inženýrské dílo tohoto typu. Práci doporučuji k obhajobě a navrhuji hodnocení A (Výborně).
Evaluation criteria Grade
Splnění požadavků a cílů zadání A
Postup a rozsah řešení, adekvátnost použitých metod A
Vlastní přínos a originalita B
Schopnost interpretovat dosažené výsledky a vyvozovat z nich závěry A
Využitelnost výsledků v praxi nebo teorii A
Logické uspořádání práce a formální náležitosti A
Grafická, stylistická úprava a pravopis B
Práce s literaturou včetně citací A
Samostatnost studenta při zpracování tématu A

Grade proposed by supervisor: A

Reviewer’s report
Ing. Hana Lisá, Ph.D.

V předložené bakalářské práci je zpracován návrh tepelného čerpadla pro rodinný dům. V první části textu je přehledně popsán princip tepelného čerpadla a jeho součásti. V druhé části jsou zhodnoceny druhy tepelných čerpadel a srovnány jejich výhody a nevýhody při použití. Od třetí kapitoly začíná rozsáhlá výpočtová část, popisující daný objekt, jeho tepelné ztráty a výkon. Ve čtvrté části je proveden podrobný návrh cyklu tepelného čerpadla a návrh celého systému pro rodinný dům. V páté části se pak student zabývá návrhem a diskuzí základních komponent TČ. Poslední kapitola přehledně zpracovává ekonomické zhodnocení tepelného čerpadla pomocí srovnání s kondenzačním kotlem.

Celkově je předložená bakalářská práce velmi dobře a přehledně vypracována bez stylistických a gramatických chyb. Rozsah a obsah textu a výpočtů pokrývá vyčerpávajícím způsobem danou problematiku. Množství vhodných literárních zdrojů je adekvátní bakalářské práci. Všechny cíle bakalářské práce byly splněny.

Bakalářskou práci doporučuji k obhajobě a hodnotím známkou výborně / A.
Evaluation criteria Grade
Splnění požadavků a cílů zadání A
Postup a rozsah řešení, adekvátnost použitých metod A
Vlastní přínos a originalita B
Schopnost interpretovat dosaž. výsledky a vyvozovat z nich závěry A
Využitelnost výsledků v praxi nebo teorii A
Logické uspořádání práce a formální náležitosti A
Grafická, stylistická úprava a pravopis B
Práce s literaturou včetně citací A
Topics for thesis defence:
  1. 1. Na str. 13 uvádíte 3 typy kompresorů pro tepelná čerpadla. Mohl byste zhodnotit, jaký typ kompresoru bude podle Vás nejvíce využíván a z jakého důvodu?
  2. 2. Zkuste zhodnotit, jak by tepelnou ztrátu objektu, který je z 80. let, ovlivnila výměna oken za novější typ a kdyby byl objekt volně stojící a nebyl obklopen jinou zástavbou.
  3. 3. Diskutujte návratnost investic do tepelného čerpadla vs. kondenzačního kotle.

Grade proposed by reviewer: A

Responsibility: Mgr. et Mgr. Hana Odstrčilová